C语言变量、函数的作用域及变量的存储方式

一．变量的作用域和存储方式

在C语言中每个变量都有两种基本属性：数据类型、数据的存储类别。

数据类型很多人都已熟知，例如：字符型(char)、整型(int)、浮点型(float)等等。存储类别是指数据在内存中的存储方式，C语言中的存储类别共有4种：自动的（auto）、静态的（static）、寄存器的（register）、外部的（extern）。根据变量的存储类别，可以知道变量的作用域和生存期。

1.自动变量。关键字为auto，但实际上“auto”通常都可以省略，函数中的局部变量如果不用关键字static来定义则都默认为自动类型（auto）的变量，在调用函数时系统会将这些变量分配到内存的动态存储区中，函数调用结束后这些存储空间将被释放。我们平常使用的函数中未用static定义的局部变量都是auto类型。

2.静态变量。关键字为static。静态变量包括全局变量和静态局部变量。全局变量在变量申请时自动存储到内存的静态存储区，即自动申请为静态变量。若希望函数中局部变量的值在函数调用结束后不消失，则需要用关键字static将该局部变量声明为静态局部变量，这些变量也被存储在内存的静态存储区。加上关键字static修饰后，原来的局部变量就类似于全局变量，它的值在下次调用该函数之前不会发生改变；与全局变量不同的是，全局变量的值可以在程序中的任何部分进行修改，而静态局部变量在程序中的其他部分是不可见的。为了说明关键字static的作用，举例如下：

#include<stdio.h>

void add()

{

　　static int n=0;//申请静态变量n，对其赋初值操作仅仅在编译函数时进行一次

　　printf("n = %d\n",n);

　　n++;

}

int main(void)

{

　　add();

　　add();

　　add();

}

运行结果：

n = 0

n = 1

n = 2

通过以上讨论，得出理解静态局部变量的几个要点：

（1）静态局部变量存储在内存的静态存储区。

（2）对静态局部变量赋初值是在编译时进行的，即仅赋值一次。如果定义静态局部变量时不赋初值，则编译器将自动对其赋初值0(对数值型变量)或空字符（对字符型变量）。

（3）静态局部变量的值在函数调用结束后不发生改变，但在程序中的其他部分是不可见的。

静态局部变量的缺点：

（1）需要多占用系统的内存。

（2）降低程序的可读性。当调用函数次数较多时，可能会分不清静态局部变量的当前值是什么。

因此，在非必要场合应减少使用静态局部变量。

3.寄存器变量。关键字register。变量的值一般是存储在计算机的内存中的，但对于一些频繁调用的变量，为了减少变量的调用时间可将其存在CPU的寄存器中，定义这样的变量需要使用关键字register。需要说明的是，现在优化的编译器能够识别使用频繁的变量，从而自动将其放入CPU的寄存器中，因此需要程序员使用register关键字来定义寄存器变量的场合较少。

4.外部变量。外部变量是在函数外部定义的全局变量。关键字“extern”主要用来扩展外部变量的作用域。通常来说，外部变量的生存周期为程序的整个运行过程，它的作用域从定义该变量处到本程序文件的末尾，在此范围内该变量都是可见的。但是如果需要扩展外部变量的作用范围，就需要用到关键字extern。有以下两种扩展外部变量的情况：

（1）在一个文件内扩展外部变量的作用域。外部变量的作用域从定义该变量处到本程序文件的末尾，如果需要在定义之前使用该外部变量，应在使用之前用extern对该变量进行外部变量声明。例如：

#include<stdio.h>

extern int a;//外部变量声明

void output()

{

　　printf("a=%d\n",a);

}

int a =3;

int main(void)

{

　　output();

　　return 0;

}

如果程序中没有声明语句“extern int a;”则编译时会报错，因为变量output()函数中的变量a未定义就使用。

（2）将外部变量的作用域扩展到其他文件。如果在本文件中定义的变量希望能用于其他文件，则可以在需要用到该变量的文件开头加入外部变量声明。例如

//文件auto1.c

#include<stdio.h>

extern int a;

void output()

{

　　printf("a=%d\n",a);

}

int main(void)

{

　　output();

　　return 0;

}

//文件auto2.c

int a = 1000;

文件auto1.c中的声明语句“extern int a;”是告诉编译器：int型变量已经在其他文件中定义。

关键字“static”可用来限定外部变量的使用范围。如果某些外部变量只希望在本文件中使用，禁止在该文件以外的地方引用，可以在定义时在该变量前加关键字static，在前面的例子中如果将文件auto2.c改为：

//文件auto2.c

static int a = 1000;

则编译时会出错，因为文件auto1.c中的a成了未定义的变量。

小结：static声明一个变量的作用是（1）局部变量用static声明，该变量将被存入静态存储区，该变量在程序执行期间不释放。（2）全局变量用static声明，该变量的作用域被限定在本文件，即用static声明的全局变量仅在当前文件可见。

二．函数的作用域

C语言中的函数根据能否被其他源文件调用分为内部函数和外部函数。

只能被本文件中其他函数调用的函数称为内部函数，内部函数也称为静态函数，用关键字static来声明。例如：

static int fun(int a);

声明了一个内部函数fun(int a)，该函数只能在本文件中可见。通常把只能由本文件使用的函数和外部变量放在本文件的开头用static声明，可以防止其他文件误调用，提高程序可靠性。这在多人合作编写的大型程序中非常有用。

可供其他文件调用的函数称为外部函数，用关键字extern来声明。例如

extern int fun(int a)

　{　　

　　…

　}

定义了一个外部函数。c语言中的函数默认为外部函数，因此函数定义时省略关键字extern则默认为外部函数。应注意的是：调用已经在其他文件中定义过的外部函数时，当前文件的开头需要加上被调用函数的extern声明，旨在告诉编译器：该函数已经在其他文件中定义过了。例如：

//文件extern1.c

#include <stdio.h>

extern int a ;

extern int sum(int x,int y);

int main(void)

{

　　a = sum(2,3);

　　printf("The sum is %d",a);

}

//文件extern2.c

int a = 8;

int sum(int x,int y)

{

　　return (x+y);

}

文件extern1.c中“extern int sum(int x,int y);”语句声明sum()函数是已经在其他文件中定义过的函数，若没有该语句，编译器将报错：sum函数未定义就使用。

三．static、extern、auto的用法小结

   关键字static和关键字extern在声明函数和全局变量时有某种“互补性”。

   用关键字static声明定义的函数和全局变量作用域仅在当前文件，对其他文件不可见，不能被本文件以外的文件引用。函数和全局变量使用static声明，可以防止误操作。

用关键字extern声明定义的函数和全局变量可以在本文件以外的使用，但使用时必须在使用文件的前面加上该函数或全局变量的extern声明。另外，默认的函数、全局变量均为extern类型，故定义其他文件可以使用的函数和全局变量时可省略extern声明。

   关键字static和关键字auto在声明定义局部变量时有某种“互补性”。

   用static声明定义的局部变量将被存入静态存储区，该变量在程序执行期间不释放，这种用法比较少见。

用auto声明定义的局部变量将被存入动态存储区，每次函数调用结束后该内存空间就被释放，下次使用该变量时需要重新申请内存空间，重新赋初值，常见的局部变量均属这种类型，关键字auto可省略。

参考文献：《C语言程序设计》 第2版   谭浩强  清华大学出版社